村子情事核医学应用论文_医学_高等教育_教育专区。目录 Abstract ························································································
目录 Abstract ······························································································································· 1 前言 ································································································································· 1.1 选题背景 ··························· 1.2 核医学技术成像原理 ······················ 2 正电子发射断层成像技术(PET) ······························································································· 2.1PET 成像机理 ························· 2.2PET 工作原理 ························· 2.2.1 晶体探测器功能及晶体材料 ················· 2.2.2 数据采集、处理原理 ···················· 2.2.3 PET 的图像重建 ······················ 2.2.4 数据校正 ························· 2.3 优缺点 ···························· 2.4 小结 ····························· 3 单光子发射计算机断层成像技术（SPECT）··············································································· 3.1 基本原理 ··························· 3.2SPECT 获得人体图像方法 ···················· 3.2.1 倾斜的扇形束投影 ····················· 3.2.2 求出完整的透射投影数据 ·················· 3.2.3 重建图像的解析算法 ···················· 3.3 优缺点 ···························· 3.4 小结 ····························· 4 核医学成像技术在医学上的应用······························································································ 4.1PET/CT 技术在肺癌诊断上的临床应用 ·············· 技术应用方法 ························· 4.1.2 结果 ··························· 4.2 PET/ CT 应用于肿瘤学的优势 ················· 5 结论与展望 ························································································································ 致谢 ···································································································································· 参考文献 ······························································································································ 核医学成像技术 （理学院 光信息科学与技术 0501 班，济南 250022） 指导老师 崔晓军 摘 要 ： 核 医 学 成 像 技 术 主 要 包 括 PET（ 正 电 子 发 射 计 算 机 断 层 扫 描 仪 ）和 SPECT（ 单 光 子 发 射 计 算 机 断 层 扫 描 仪 ）两 大 检 查 技 术 ， 在 影像学研究中占据着极其重要的地位，可对活体组织中的生理 生化过程做出定量分析，如血流量、能量代谢、蛋白质合成、脂肪 酸代谢、神经递质合成速度、受体密度及其与配体结合的选择性和 动力学、蛋白质功能与基因表达等.用正电子发射体直接标记药物， 能够对药物剂量、作用部位、可能发生的毒副作用等做出前瞻性判 断，判断其代谢反应的类型及产物，观察药物与其他药物的相互作 用、药物与营养物质的相互作用、药物与受体的作用、药物与酶的 相互作用等，从而达到诊断和疗效判断目的. . NUCLEAR MEDICINE IMAGE FORMATION TECHNOLOGY Wang fulong (0501, Optical information Science and Technology, School of Science, University of Jinan, 250022) Supervisor CUI Xiaojun Abstract: The nuclear medicine member phantom technology mainly includes PET (positive electron launch computer ult scanner) and SPECT (single photon emission computer ult scanner) two major inspection technologies, is occupying the extremely important status in the molecular phantom study research, may make the quantitative analysis to the Living specimen Organizations physiological biochemistry process, like the blood stream quantity, the energy metabolism, the protein synthesis, tty acid metabolism, the nerve hand over the nature resultant velocity, the acceptor density and with the ligand union selectivity and dynamics, the protein function and the gene expression and so on. With the positive electron emitter direct mark medicine, can the poisonous side effect which to the medicine dosage, the function spot, possibly occurs and so on make the forward-looking judgment, judges its metabolic reaction the type and the product, the observation medicine with the other medicine interaction, the medicine and the nutrients interaction, the medicine and acceptors function, the medicine and the enzyme interaction and so on, thus achieves the diagnosis and the curative effect judgment goal. Keywords: Nuclear medicine image formation; Positive electron launch ult image formation technology; Single photon emission computer ult image formation technology; Bone scanning; Cardiovascular image formation; 1 前言 1.1 选题背景 核医学是一种利用标记有放射性核素的药物诊断和治疗疾病的科学，是医学现代化的 产 物 ， 是 核 技 术 在 医 学 领 域 的 应 用 科 学 .核 医 学 是 一 个 发 展 十 分 迅 速 的 一 门 新 兴 学 科 ， 放 射 性核素示踪技术是核医学的最基本技术. 1.2 核医学技术成像简介 核医学成像[1]是将放射性同位素以放射性药物的形式引入人体 , 在感兴趣区形成按某些 规律分布的放射源, 用探测器测量放射性药物产生的射线, 可获得反映放射性核素在脏器和 组织 中浓 度分 布及 其随 时间 变化 的图 像 , 有 C 机、 发射 型计 算机 体层 CT (SPECT )和正电 子发 射型 CT(PET)三种.C照 相机 同传 统X 射 线 平面 成像 一样 , 将 脏器 、组 织的 三维 信息 变成 二维平面影像,可以立即在一定的视野内成像, 而不需机械扫描,这种仪器既可用静态观察,亦 可作 动态 观察.SPECT具有C 机的 全部 功能, 还增添 了断 层成 像功 能,明显 提高 了诊 断 病 变的能力, 其扫描结构与X射 线CT基本相同.PET用一对探头检测引入体内的超短半衰期同位 素药 物(其很 快衰 变放 射 出正 电子,正 电子 又 会迅 速转 变为 C光 子对)衰变 产生 的C光子 对,由 符 合电判定其是否是这条直线上的C光子对,然后经反衍计算, 按其空间将这一对光子产 生的以直线形式反投影入假想空间, 再逐条投影线累计叠加, 便产生出体层图像. 核医学成像能够无创伤地观察放射性药物在体内的循环、扩散、聚集、排出的过程, 得到药物的 图像, 提供机体代谢、生理功能的信息, 从而可以早期诊断疾病(优于X 射线CT, 甚至MR I )而且核医学成 像能够动态显示、测量脏器功能和血流情况.PET 所用是11C,23N ,15O,18P 等超短半衰期同位素作为示踪原 子, 它们可以被标记成一些具有生物学意义的化合物, 例如葡萄糖及同类药物; 所以 PET 可以研究正常和 异常的脑功能并立即将它们联系起来, 实际上可以同时研究整个脑, 并且对所有区域具有相同的度.更 为重要的是: 应用PET 进行癌症治疗药物的药代动力学及治疗机理和药效学等方面的研究, 有助于临床合 理地选择更有效的药物及其相应剂量, 为治疗疾病提供更客观的依据. 2 正电子发射断层成像技术(PET) PET( Positron Emission Tomography) 即 正 电 子 发 射 断 层 扫 描 仪 ,是 当 今 世 界 最 高 层 次 的 核医学技术,也是当前医学界的最先进的大型医疗诊断成像设备之一 ,已成为肿瘤、心、 脑疾病诊断的不可缺少的重要方法.它是一种有较高性的功能显像和显像仪 ,除显示 形态结构外,它主要是在水平上提供有关脏器及其病变的功能信息 ,适合于快速动态研究, 具有多种动态显像方式 2.1PET 成像机理 正电子[1]断层扫描仪将人体代谢所必需的物质如 :葡萄糖、蛋白质、核酸、脂肪酸等标 记上具有正电子放射性的短寿命核素,制成显像剂( 如氟代脱氧葡萄糖)注入人体后进行扫描 成 像 .因 为 人 体 不 同 组 织 的 代 谢 状 态 不 同 ,所 以 这 些 被 核 素 标 记 了 的 物 质 在 人 体 的 各 种 组 织 中 的分布也不同. 经 过 标 记 了 正 电 子 放 射 性 核 素 的 药 物 注 射 入 人 体 ,它 衰 变 时 产 生 的 正 电 子 在 人 体 组 织 中 运 动 很 短 距 离 后 ( 一 般 1mm)和 电 子 相 遇 而 湮 没 ,产 生 两 个 能 量 为 511 keV 的 相 反 方 向 发 射 的 γ 光子.根据人体不同部位吸收标记化合物能力的不同, 同位素在人体内各部位的浓聚程 度不同,湮没反应产生光子的强度也不同,测量两个 γ 光子就可以确定电子对湮没的、 时间和能量信息.由于恶性肿瘤组织新陈代谢旺盛,吸收放射性药物比一般组织多,PET 通过 测量放射性药物的密度分布就可以确定恶性肿瘤组织的分布情况 .PET 成像表达了生物 学 过 程 细 胞 分 子 水 平 上 在 活 体 中 的 显 示 和 测 量 ,能 分 析 生 物 系 统 且 不 扰 乱 生 物 系 统 ,还 能 对 与 疾病有关的改变进行量化后成像.PET 用核谱学方法探测湮没辐射光子,可以得到有关物 质 微 观 结 构 的 信 息 ,它 提 供 了 一 种 非 破 坏 性 探 测 手 段 2.2PET 工作原理 ET 记数方法 根据动量守恒，涅变辐射产生的双光子飞行在同一直线上，但方向相反。在？ 衰变发生的区域两侧，放置 两个光子探测器，当两个探测器同时接收到光子时，符合电会给出一个计数。从图 3 中可以看出为获得 投影数据要求探测在某一方向上的计数，SPECT 中的？射线就要在探测器中加装准直器，这样很多电子就 被准直器挡掉了。而湮灭辐射有自准直作用，无须准直器，这样 PET 的灵敏度大大提高，引入体内的放射 性性剂的两大为减少。 由于探头总有一定的高度和宽度，在 10s 内两个不相关的光子也有可能进入两个探测器，也会给出一个计 数，但这个计数是假的，并不是表示在投影方向上放声了一次？衰变，这样的符合叫做随机符合，它是符 合计数的噪声。 ET 的检测系统 PET 的检测系统多为环结构，见图 4 多环结构检测系统一次采集可以获得多个断层图像数据。如环上的个数为 n，则一次获得 2n-1 个断层数 据，其中 n 个来自同一环内的符合探测，n-1 个断层数据则来自相邻环之间的交叉符合计数。 2.2.3PET 晶体探测器功能及晶体材料 PET系统中, 晶体探测器[2]是系统的核心.理想的PET晶体材料应具有足够高的密度、余辉时间短、光输出量 高、能量分辨率好以及生产成本低等特点.高的密度、高原子序数能有效提高γ 射线探测效率; 余辉时间短 能更好地完善时间匹配, 减少随机计数; 光输出量高可使每个光电探测器晶体数目增多;好的能量分辨率能 减低图像散射, 使图像更为清晰.而这些性能就探测器晶体而言又是相互制约的. 早期研制的PET的晶体材料为NaI( 碘化钠) ; 80年代初期,BGO( 锗酸铋) 与GSO( 硅酸钆) 2种晶体被用作 PET探测晶体.从1980～2000年, BGO是主要的PET晶体材料之一, 而NaI与GSO在PET中应用相对较少.1990年, LSO( 硅酸镥) 晶体的研究引起人们的很大关注.这种新型探测器材料对PET的发展具有重要贡献, 表1为几 种常用PET探测晶体的性能参数比较见表1.[3] 性能 LSO BGO GSO NAI 相对通光量（%） 75 15 25 100 衰变时间(ns) 40 300 60 230 密度（g/cc） 7.4 7.1 6.8 3.7 有效原子序数（z） 65 73 58 50 能量分辨（%） 10 12 9 8 表1 常用PET探测晶体的性能参数 可由以下公式[4]评价各种晶体的相对性能: ×(1/τ )×(light output) 其中, Ep为PET探测效率, τ 为寿命, light output为单次射线事件探测器产生的光子总数. 根据计算, LSO分别为BGO、GSO晶体的35倍、10倍, 被认为是目前较为理想的PET晶体材料之一. LSO晶体对提高PET的成像速度和图像质量、PET/CT的设计有巨大的影响.LSO晶体短的余辉时间允许窄的 符合时间窗( 6 ns) , 因而随机计数显着减少,同时其高能量分辨( 大约12%FWHM) , 可降低图像的散射,这对 PET 3D采集尤为重要.临床结果表明, PET 3D采集适用于脑与显像. 2.2.4PET 数据采集、处理原理 PET 的数据采集方式有多种：静态采集，是将探测到的湮没事件按LOR 进行计数存放在一个投影数据矩 阵里，使它能重建一组静态的断层图像；动态采集，实际是一组相 继的静态采集，用来观察放射性药物的运动过程；门控采集，专门用于周期性运动过程，它依靠生理信号 （ 如心电图）同步动态数据的分帧和叠加过程，将多个生物周期相同 运动时相的事件累积起来，得到统计误差很小的动态图像；扫描采集，则是使探测器相对于病人从头 运动到脚，把一段段的静态投影数据拼接起来，形成比PET 轴向视野长 的完整的静态图像，常用于药物的生物分布和癌转移检查；表模式采集，则是将每个湮灭事件的符合 线、发生时刻和其他信息以数据表的形式逐个记录到存储器中. PET 探测器探测到同一环内正电子湮灭时转换成的一对γ 光子所分别命中的环上晶体条的，并把这些 信号转换成电信号，连同γ 光子的能量信号和到达时刻的 时间信息一起送到后续的电子前端放大和符合系统中去，此后就把经选出的真实的符合事例所命中的两个 探测器晶体条的数据经计算机接口，送到后面的计算机系统去.计算 机将探测到的湮没事件按LOR 进行计数存放在一个投影数据矩阵（sinogrammatrix）里，是按层保存的，每 层的数据都包含了特定角度的信息，即对于每一个特定角度的采样都 是这个角度上所有LOR 值的线性积分.在每一层投影数据矩阵（sinogrammatrix）中，矩阵的行与列分别代表 角度值与放射性采样，通过数算和图像重建，从这些投影数据重 建出物体内选定层面的图像，重建放射性药物分布的断层图像. 2.2.5 PET 的图像重建 PET 以SIN O 图的方式将探测器探测到的放射性信号存放于计算机中,计算机以SIN O 图为输入调用图像重 建模块,计算出人体横切断层图像,用于后续的图像处理与临床分析.图像重建包括解析法和迭代法.解析法是 以中心切片为基础的反投影方法,常用滤波反投影法.迭代法是属于数值逼近算法,即从断层图像的初始 计值出发,通过对图像的估计值进行反复修正,使其逐渐逼近断层图像的线PET 数据校正 引起PET 成像误差的因素很多: 正电子类药物强度的快速衰变、高计数率造成的偶然符合、散射和人体吸 收衰减的影响、死时间损失、探测器灵敏度不一致等,如果不加以校正,这些因素都会严重影响PET 的成像 质量,所以PET 数据校正是图像处理的关键部分.现对其中的偶然符合和散射符合校正进行分析. 由于电子学的技术,不相关的两个γ事件也有一定的概率出现在同一时间窗内,产生偶然符合输出,造成假 的计数.此外湮没产生的γ光子在到达探测器之前可能被散射, 改变方向后被两个晶体条探测到,实际上湮没并 不发生在这两个晶体条之间的连线上造成在错误的LO R上的散射符合计数.为了减少偶然符合可采用闪烁光 持续时间短的晶体、更快的电子学电和尽量窄的符合时间窗.散射符合与病人体内的放射性分布、PET 的 设计、周围有关,难以精确测量和估计,所以我们在视野边缘没有放射性药物的地方测量符合计数率,根 据散射符合事件分布比较均匀的特点,外推估计视野中的散射符合成分,将其从原始投影数据中扣除. 2.3PET 优缺点 由于 PET 所用的同位素都是机体构成元素的同位素，其标记物又是体内天然的代谢物 质(如水、葡萄糖等)，因此，检查是在正常的生理状况下进行的.PET 的另一个优点是可以做 绝对定量测量，这是其它几种方法做不到的其应用范围很广 .不足之处是分辨率不够高，空 间分辨率在 4~l0mm 左 右，不能给出微小区域的功能信息 .另外 PET 检查的价格也偏高. 2.4 小结 正电子断层扫描仪已广泛用于人体内部血流或代谢的三维显像 ,其空间分辨率可达到 3 mm ~5 mm .PET 被誉为医学科技之冠,它打开了揭露大脑奥秘的窗口.人的思维、情绪等大脑 意识所影响的大脑皮层中细微的糖代谢、血流等变化都能被 PET 检测到,并产生出不同的 图像 PET 不仅是检查和指导治疗脑部疾病、心脏病及肿瘤的最优的一种工具 ,也是研究医药 学基本理论及实际问题的有力手段.由于正电子衰变核素的半衰期非常短,所以 PET 设备附 近 需 建 立 正 电 子 类 放 射 性 药 物 制 备 系 统 ,它 由 医 用 回 旋 加 速 器 、 生 化 合 成 器 和 控 制 计 算 机 组 成,设备昂贵,这也是 PET 临床检测项目价格昂贵的一个原因. 但是, 核医学成像由于受引入放射性核素活度的, 成像信息量较少, 空间分辨率 是所有医学成像技术中最低的, 影响了对细微结构的显示和病变的定位精确. 3 单光子发射计算机断层成像技术（SPECT） 随着各种新开发出来的放射性药物, SPECT 在临床中得到日益广泛的应用[6], 特别是在脑和心脏中的临 床研究方兴未艾.目前 SPECT 有单探头、双探头、三探头和四探头四种.单探头的 PECT 不作断层扫描时, 即是 C 机.三探头 SPECT 可提高能量分辨力, 能同时获取双同位素的分布数据.四探头 SPECT 采用计 算机控制框架移动和探测器, 有四组相对称的准直器, 两种探头旋转方式(角步进和连续扫描) , 其灵敏度、 快速扫描时间和图像质量都较单探头装置更高、更快.但临床最受欢迎的是双头 SPECT, 它通过一次自头到 脚的扫描, 就能采集到全部数据, 适于作体部 SPECT 成像和扫描. 3.1SPECT 基本原理 将能够发射单光子的放射性同位素等标记到某一些化合物上，这些标记后的化合物称为放射性药物.放 射性药物被注人生物体内后，在生物体内形成一定的分布.标记的同位素在体内发射单光子，使仪器探测这 些光信号，并对这些信号进行一系列处理，然后进行图像重建，得出放射性同位素在体内分布的三维断层 图像.由于生物体内血流量大的区域放射性药物浓度高，当生物体的某一区域兴奋时，该区域的血流量将增 加，因此，SPECT 给出的图像反映了体内的血流和兴奋状况. 3.1.1SPECT 的本质与方法 ? SPECT 的本质是在体外测量的 射线技术来确定在体内的放射性核素的活度。SPECT 的放射性制剂都 ? 是发生 衰变的同位素，体外进行的是单个光子的数量测量。SPECT 成像算法采用滤波反投影法，即由探 测器获得断层的投影函数，再用适当的滤波函数进行适当的卷积处理，将处理后的滤波函数进行反投影， 重建二维活度分布。 3.1.2SPECT 数据的衰减校正 ? ? 和 机一样， 射线转变成的电流脉冲要经过各自的放大器和单道脉冲幅度分析器进行处理，但处理 ? 都得数据还不能用于成像，还要进行射线的衰减校正。SPECT 中不希望穿出人的 射线有所衰减，因为 ? SPECT 是通过 射线的体外计数来标定体内放射性活度。衰减是不可避免的，它的存在严重影响了活度的 精度。目前 SPECT 机中多采用平均衰减校正的方法，但很粗糙。 3.2SPECT 获得人体图像方法 3.2.1 倾斜的扇形束投影 利用反方向投影的等值性可能补充缺失的投影.然而,对称扇形束投影的截断部分总是在成像范围的四周, 在其它投影方向上也找不到缺失的投影线.如果让线源偏离探头中心线,形成倾斜的扇形束投影,如图 2,虽然它 仍然只能覆盖被成像范围的一半多一点,但是如果做 360°扫描,就有可能填补缺失的投影数据.自制的装置包 括放射源和准直器.为了降低制造成本,采用平行缝准直器,它由一组沿横向平行排列的铅带(而不是聚焦的准 直孔)组成,可以把按 4π sr 分布的散射γ 光子的绝大部分(非横断层内的)挡掉.在线源前面,也安装一个小型平 行缝准直器,把γ 光子在与线源垂直的横断层内,以便进一步减少跨横断层的散射.测量透射投影的探头 2 使用窄能窗,以排除散射的γ 光子.上述措施了获得“干净”的扇形束透射投影.采用平行缝准直的另外 好处是使用灵活,可以根据实际需要任意调整放射源的,而使用聚焦的多孔型准直器则要求放射源严格放 在焦点上. 线源 探 探 头 头 屏蔽 1 3 截断 人体 部分 部分 探头2 图2 线源偏置所形成的扇形束投影 部分 部分 3.2.2 完整的透射投影数据 为了描述放射源 A 的,可以设定两个参数,一是它到旋转中心 O 的距离 D,另一个是它到旋转中心的连线 法线.再定义一个与探头一起旋转的直角坐标系,它的纵轴是探头的法线,横轴 OS 过原点并平行于探头表面.将探头获取的平片按照三角学关系映射到该坐标系的横轴 OS 上,这样扇形束投 影将不受探头到旋转中心的距离影响,统一用 Rθ (S)表示探头旋转到θ 角时 OS 上的投影映射值.假定放射源 位于 A 时,投影线 ASt(它与 AO 的夹角为δ )超出探头测量范围,缺少投影数据 Rα (St).如果扫描机按逆时钟方 向旋转到 A′时,它的一条投影线 A′Sr 恰好与 ASt 重合(A′点必然在直线 ASt 上),而且其投影数据 Rβ (Sr) 存在,那么就可以用它来补充缺 st 失的数据 Rα (St). 由图 4 所示的几何关系不难推出: St cos(? ? ? r) ? ?Sr ? cos(? r ? ? ) （1） 而对任意投影数据 Rθ (S),存在关系 所以有 tan? ? S cos? r D ? S cos? r 由(1)和(2)得 S ? ? DSt D?2Stsin? r 而 （2） （3） ? ? ? ? ? ? 2? ? ? ? ? ? arctan St cos? r （4） D ? St sin? r 根据式(3)和式(4),可找到填补观测角α 下缺失投影线 ASt 的那条反方向投影线.由于实际的数据都是离散 的,所以式(3)和式(4)运算需要进行插值,具体过程就略去了. 3.2.3 重建图像的解析算法 有了完整的投影数据以后,另一个需要解决的问题是怎样从倾斜扇形束投影 R ? (S ) 求得μ map.为此必须先 进行系统刻度,即在没有病人的情况下获取投影数据 R ? (S ) ;然后测量有病人时的 R ? (S ) RR ? R?(S) ? ln 0(S) ? ? u(x, y)dl 就是衰减系数沿投影线的积分.为方便起见,下面就把 R? (S ) 简 ?(S) l 记为 R? (S) . 从倾斜的扇形束投影重建μ map,可能采用的方法有 3 种: 1)把数据重组(resorting)为平行束投影,然后重建; 2) 把数据重组、变换为对称扇形束投影,然后重建; 3)推导出从倾斜扇形束投影直接重建图像的解析算法.我们 建立了断层的衰减系数分布的数学模型,计算机模拟证明这 3 种方法都是可行的.推导从倾斜扇形束投影 重建断层图像的表达式,可以从平行束投影重建公式开始,其极坐标 (r, ?) 表示的重建公式为 ? ? f (r,?) ? 1 2 ? 0 d? tn ?tm p? (t)h[r cos(? ? ?) ? t]dt （5） ? 其中,卷积核 h(t)是 的 Fourier 反变换.完整的倾斜扇形束投影参数和平行束投影参数 的对应关系见图 5,有 ? ?? ?? ??r （6） 将式(3)代入式(6),可求得 ? ? f (r,?) ? 1 2 2? 0 g1(S ) sr sl R? (S )g(S )h(S ? S )dSd? （7） 其中,S′为图像重建点(r, )与放射源 A 的连线在 S 轴(平行于探头表面)上的交点; g1(S ) ? (D ? r D? S sin(? ? sin(? r) ? r ? ?))2 cos? r (8) g2(S ) ? D ? S sin? r （9） D2?S2?2DSsin? r 3.3SPECT 优缺点 优点是 SPECT 检查的价格相对较低,可以提供建立三维图像的信息，也可建立任意方位的断层图像，并且有 利于早期发现病变，这方面明显优于 X-CT 和 B 超，甚至 MR，在临床实践中的 80%[9]的工作是由 SPECT 完成.主要缺点是分辨率低，其空间分辨率在 10 mm ~1 5 mm，深部结构分辨率进一步降低.另外，它不能做 绝对定量，只能做相对定量. 3.4 小结 在同一台 SPECT 扫描机上测量透射型和发射型两种投影数据,从而求出人体衰减系数的三维分布,并由此对 发射型图像进行校正是可行的.由于是在同一台 SPECT 机上完成两种测量,因此它们的配准问题比较容易解 决.经过计算机模拟和临床实验,解决了扇形束透射投影的截断问题.并且推出了倾斜的扇形束扫描情况下的 图像重建算法.计算机模拟和临床实验证明了算法的正确性.非对称扇形束的特殊扫描结构不仅仅可以用于 SPECT,在目标尺寸太大,标准的扇形束扫描需要太大的空间,在实际中很难实现的情况下,就可以考虑采取这 种投影方式. 4 核医学成像技术在医学上的应用 核医学成像技术包括单光子发射断层成像(SPECT) 和正电子断层成像(PET) 。根据统计学方法的研究结果 [10],SPECT 可以比X2CT 提前3个月诊断出癌症,PET 一般比SPECT还3个月诊断出癌症。核医学成像技术不 同于X射线断层成像(CT) 、磁共振成像(MRI) 和超声波成像,在显像之前必须注射相应的放射性药物作为显 像剂,其影像反映的是显像剂及其代谢产物的时间和空间分布。核医学成像技术是目前惟一能在体外获得活 体中发生的生物化学反应、器官的生理学和病理学变化以及细胞活动信息的方法,可为疾病诊断提供水 平的信息。在水平实现人体成像已成为当前发展的新热点。从医学成像的角度看,如何更好地在三维空 间内实时地显示人体内部生的病变在今天仍然具有挑战性。当前的任务是要进一步提高图像数据的采集速 度、图像的空间分辨率和对比度。SPECT 和PET 成像的优点是性好,能够用于早期诊断;其缺点是空间 分辨率差,病理和周围组织的相互关系很难准确定位。把核医学成像叠加在诸如X2CT成像、MRI 高分辨率 结构图像上进行定位是目前比较流行的方法。故图像的配准、分割和融合在医学成像中的应用是这个领域 内一个重要的方面。 4.1PET/CT 技术在肺癌诊断上的临床应用 伴随经济发展和生活习惯的改变，国人肺癌发病率逐年上升，肺癌发病率及患病绝对人数均占世界首 位.PET/CT 的出现为肺癌的期发现、临床分期、活检及放疗精确定位、治疗效果评估提供了新的有效的方 法. ET/CT 技术应用方法 全面了解患者病情、已有检查结果，快速检测空腹血糖（确保7 mmol/L）.于手背静脉建立静脉通道，自100 ml 生理盐水中注入18F-FDG（1~1.5 mci/kg 体重），维持静脉通道数分钟.嘱患者在专用PET/CT 休息室平 卧、安静休息约50 min.患者置头进式仰卧位、双上肢放于头颈侧上方，以内定位线定位扫描基线为SN（胸 骨上窝水平），侧定位线于腋中线.训练患者平稳呼吸，减少胸廓运动幅度，嘱其检查时保持体位[1].通过院 内HIS 输入患者一般信息，并刷入操作台，添加身高、体重数值，输入示踪剂信息（注射器内示踪剂体积、 放射性活度及测量时间，注射时间，注射后注射器残留示踪剂活度及测量时间）.先行16 排螺旋CT 扫描， 依定位相确定扫描范围，标准法重建用于融合的CT 图像， 肺重建法重建薄层肺窗图像用于观察肺内细微 改变.随后行PET 扫描，扫描范围、FOV、层次扫描3 min/床位， 延迟扫描3 min/床位， 再次延迟扫描 7min/床位.各检查序列分别传入AW4.3 工作站、Xeleris 工作站进行图像融合、测量标注、打印、存储 图像等处理，同时自动传送图像至本院PACS，诊断医师书写诊断报告，临床及门诊医师可以随时调看图像 及报告. 4.1.2 结果 由两位具备核医学及放射诊断经验5 a 以上的影像诊断医师共同阅片， 规范记录CT 及PET 所见信息，CT 记录病变部位、形态、大小、CT 值、周围情况、肺内基础病变情况、纵隔淋巴结是否肿大、有无钙 化.PET 记录病变部位、有无放射性增高或浓聚及形态、测量SUV 值（g/ml）.结合临床资料、CT、PET、 PET/CT，做出肺内病变良恶性倾向性诊断. 肺癌典型18F-FDG PET/CT 表现为：（1） 结节状或团块状放射性摄取明显增高－浓聚；（2）SUV 值2.5 g/ml；（3）病灶边界清楚；（4） 肿瘤体积大者其放射性浓聚边缘可呈分叶状；（5）较大的恶性肿瘤可表 现为中央放射性缺损、周围环行浓聚；（6）部分中心型肺癌可伴有阻塞性肺炎、肺不张，肺炎、肺不张区 域出现低于肿瘤的放射性摄取增高；（7） 延迟显像SUV 值通常有明显增高. 4.2 PET/ CT 应用于肿瘤学的优势 单独PET 对肿瘤分期的准确性为72 % ,而PET/ CT 可提高到92 %;PET 检出肿瘤病灶的准确性为91 % ,而 PET/ CT 可以提高到98 %; PET/ CT 通过明确生摄取减少假阳性,而对肿瘤病灶的精确定位又减少假阴 性 在诊断方面, PET/ CT 可以较单独PET、单独CT 以及二者的对照分析更好地明确肿瘤的边界,及对周围组织 的,在存在肺膨胀不全时这一价值尤为突出.在局部分期方面,PET/ CT 可以准确定位小于8mm 的肺门和 纵隔转移淋巴结,在由于手术或放疗等原因发生解剖移位或结构改变时,其价值更明显.PET 可发现10 %～ 20 %NSCLC 病人被忽略的远处转移灶,而PET/ CT 不仅可以帮助准确定位这些病灶,还可减少部分由于生理 性摄取引起的假阳性,以及发现更多、更小的病灶.PET/ CT对于其它恶性肿瘤,如小细胞肺癌、恶性胸膜 瘤、食道和纵隔肿瘤等也有较大的价值. 5 结论与展望 本文综述性的介绍了核医学成像技术的最基本最重要的两大技术——正电子发射断层成像技术（PET） 和单光子发射计算机断层成像技术（SPECT）以及两大技术及组合在医学上的应用.文中着重介绍了SPECT 和PET技术的基本知识，旨在提高读者对核医学这一新型医疗手段的了解. 致谢 本文是在济南大学理学院崔晓军老师的指导和帮助下得以顺利完成。本论文需要大量的理论资料，崔 晓军老师在查询资料方面我许多方法，在论文的写作方面给与细心的指导和帮助并就论文格式进行详 细的修改等，所有的这一切使得我在论文设计的全过程思非常清晰，避免了许多可能的弯。虽然论文 设计的时间不长，但此期间我却真正感受到一位园丁的勤劳和细心，并在这段时间学会不少计算机及搜索 知识，收益匪浅！在此再次向崔老师表示感谢！ 回顾大学四年，我得到了许多老师的和帮助，并深深感受到济南大学理学院的各位老师严谨的治 学态度和正直的品格，明白了人为治学的道理，使我受益终身。对此，谨致以学生最崇高的和最 衷心的感谢！ 参考文献 [1]王亚丽.PET 核医学成像原理分析. 科技情报开发与经济，2007 年第 17 卷第 18 期 [2] 张祖进 李辉等. PET/CT 的技术性能及临床应用.医疗卫生装备·2007 年 10 月第 28 卷第 10 期 [3]潘中允.PET 诊断学[M].:人民卫生出版社,2005 [4] 陈盛祖.PET/CT的若干技术问题[J].中华核医学, 2005,25(2):72- 74. [5] [6]曹 辉等. 超声、磁共振和核医学成像的发展现状和趋势.成都理工学院学报 第29 卷第2 期 [7] [8] [9] GETechnique Reviews,“Discovery VH Imaging System andMINItrace Cyclotron Tracer Production System”, 2001, 11· [10]郭之虞等. 核技术及其应用的发展.大学学报(自然科学版) ,第39 卷,,2003 年12 月 [11] [12] [13] [14] [15] [16]